Cresciuto a Novelty, in Ohio, Doerr ha frequentato la vicina University School, laureandosi nel 1991. Ha poi conseguito la laurea in storia al Bowdoin College di Brunswick, nel Maine, dove si è laureato nel 1995. Ha inoltre conseguito un MFA (Master of Fine Arts) alla Bowling Green State University.[1] Sposato e padre di due figli, vive attualmente a Boise, nell'Idaho
La sua prima pubblicazione è stata una raccolta di racconti brevi, The Shell Collector (2002), ambientati perlopiù in Africa o Nuova Zelanda, dove Doerr ha vissuto e lavorato. Un'ulteriore raccolta di racconti, Memory Wall, è stata pubblicata nel 2010.
Il suo primo romanzo si intitola About Grace, ed è stato dato alle stampe nel 2004. Doerr ha anche pubblicato un libro di memorie (Four Seasons in Rome: On Twins, Insomnia and the Biggest Funeral in the History of the World), pubblicato nel 2007.
La città fra le nuvole (Cloud Cuckoo Land, 2021), Milano, Rizzoli, 2022, traduzione di Daniele A. Gewurz e Isabella Zani ISBN 978-88-17-15791-9.
Raccolte di racconti
Il collezionista di conchiglie (The Shell Collector, 2002), Milano, Rizzoli, 2017 traduzione di Daniele A. Gewurz e Isabella Zani ISBN 978-88-17-09459-7.
Memory Wall (2010)
Memoir
Four Seasons in Rome: On Twins, Insomnia and the Biggest Funeral in the History of the World (2007)
Premi e riconoscimenti
Barnes & Noble Discover Prize, per The Shell Collector